Acero 4130 vs 4140: todo lo que quieres saber

Acero 4130 vs 4140: comparemos acero 4130 y AISI Acero 4140, estirado directamente. Ambos se clasifican como aceros de medio carbono y baja aleación, y pertenecen a la familia de los aceros aleados al cromo-molibdeno.

Composición química

Acero 4130 vs 4140: comparación de composición

Elemento	AISI 4130 (peso %)	AISI 4140 (peso %)	Notas
Carbono	0.28-0.33	0.38-0.43	Mayor contenido de carbono en 4140
Manganeso	0.40-0.60	0.75-1.00	Mayor contenido de manganeso en 4140
Silicio	0.20-0.35	0.20-0.35
Cromo	0.80-1.10	0.80-1.10
Molibdeno	0.15-0.25	0.15-0.25

Propiedades mecánicas

Acero 4130 vs. 4140: Comparación de propiedades. Las propiedades mecánicas dependen en gran medida del tratamiento térmico aplicado y del tamaño de la sección del material. Los datos de esta sección se citan directamente de ASM International (1991). Manual ASM, Volumen 4: Tratamiento térmico (págs. 500-503). ASM Internacional.

Propiedades mecánicas típicas del acero 4130 tratado térmicamente.

Temperatura de revenido		Resistencia a la tracción		Fuerza de fluencia		Alargamiento en 50 mm (2 pulg.), %	Reducción de área, %	Dureza, HB	Energía de impacto de Izod
°C	°F	MPa	ksi	MPa	ksi
Barras redondas de 25 mm (1 pulg.) de diámetro templadas y revenidas en agua. Templadas de 845 a 870 °C (1550 a 1600 °F).
205	400	1765	256	1765	1520	10	33	475	18	13
260	500	1670	242	1670	1430	11.5	37	455	14	10
315	600	1570	228	1570	1340	13	41	425	14	10
370	700	1475	214	1475	1250	15	45	400	20	15
425	800	1380	200	1380	1170	16.5	49	375	34	25
540	1000	1170	170	1170	1000	20	56	325	81	60
650	1200	965	140	965	830	22	63	270	135	100
Barras redondas de 25 mm (1 pulg.) de diámetro templadas y revenidas en aceite. Templadas a 860 °C (1575 °F).
205	400	1550	225	1340	195	11	38	450	/	/
260	500	1500	218	1275	185	11.5	40	440	/	/
315	600	1420	206	1210	175	12.5	43	418	/	/
370	700	1320	192	1120	162	14.5	48	385	/	/
425	800	1230	178	1030	150	16.5	54	360	/	/
540	1000	1030	150	840	122	20	60	305	/	/
650	1200	830	120	670	97	24	67	250	/	/

Efectos de la masa en las propiedades típicas del acero 4130 tratado térmicamente

Tamaño de la barra (mm)	Tamaño de la barra (pulg.)	Resistencia a la tracción (MPa)	Resistencia a la tracción (ksi)	Límite elástico (MPa)	Límite elástico (ksi)	Alargamiento en 50 mm (2 pulg.), %	Reducción de área, %	Dureza superficial, HB
25	1	1040	151	880	128	18	55	307
50	2	740	107	570	83	20	58	223
75	3	710	103	540	78	22	60	217

Nota: Barras redondas templadas en aceite a 845 °C (1550 °F) y revenidas a 540 °C (1000 °F); diámetro de 12,83 mm (0,505 pulg.) de resistencia a la tracción.

Propiedades mecánicas típicas del acero 4140 tratado térmicamente

Temperatura de revenido (°C)	Temperatura de revenido (°F)	Resistencia a la tracción (MPa)	Resistencia a la tracción (ksi)	Límite elástico (MPa)	Límite elástico (ksi)	Alargamiento en 50 mm (2 pulg.), %	Reducción de área, %	Dureza, HB	Energía de impacto Izod (J)	Energía de impacto Izod (ft·lb)
205	400	1965	285	1740	252	11	42	578	15	11
260	500	1860	270	1650	240	11	44	534	11	8
315	600	1720	250	1570	228	11.5	46	495	9	7
370	700	1590	231	1460	212	12.5	48	461	15	11
425	800	1450	210	1340	195	15	50	429	28	21
480	900	1300	188	1210	175	16	52	388	46	34
540	1000	1150	167	1050	152	17.5	55	341	65	48
595	1100	1020	148	910	132	19	58	311	93	69
650	1200	900	130	790	114	21	61	277	112	83
705	1300	810	117	690	100	23	65	235	136	100

Efectos de la masa en las propiedades típicas del acero 4140 tratado térmicamente

Diámetro de la barra (mm)	Diámetro de la barra (pulg.)	Resistencia a la tracción (MPa)	Resistencia a la tracción (ksi)	Límite elástico (MPa)	Límite elástico (ksi)	Alargamiento en 50 mm (2 pulg.), %	Reducción de área, %	Dureza superficial, HB
25	1	1140	165	985	143	15	50	335
50	2	920	133	750	109	18	55	202
75	3	860	125	655	95	19	55	293

Nota: Barras redondas templadas en aceite a 845 °C (1550 °F) y revenidas a 540 °C (1000 °F); muestras de tracción de 12,83 mm (0,505 pulg.) de diámetro cortadas desde el centro de barras de 25 mm de diámetro y desde el radio medio de barras de 50 y 75 mm de diámetro.

Procedimientos de tratamiento térmico

4140 Tratamiento térmico

1. Normalizado: Calentar a una temperatura de 870 a 925 °C (1600 a 1700 °F) y mantener durante al menos 1 hora o 15 a 20 minutos por cada 25 mm (1 pulg.) de espesor máximo de sección; enfriar al aire. El revenido a 480 °C (900 °F) o superior se realiza con frecuencia después del normalizado para reducir el límite elástico.
2. Recocido:Calentar a 830 a 870 °C (1525 a 1600 °F) y mantener durante un período que depende del espesor de la sección o la carga del horno; enfriar el horno a aproximadamente 15 °C/h (30 °F/h) hasta 480 °C (900 °F) y luego enfriar al aire.
3. Enfriamiento:Es un acero de aleación que se endurece en agua.

Tratamiento térmico 4130

1. Normalización: Calentar a 845 a 925 °C (1550 a 1700 °F) y mantener durante 1 hora como mínimo o 15 a 20 minutos por cada 25 mm (1 pulg.) de espesor máximo de sección; enfriar al aire.
2. Recocido: Calentar a 830 a 870 °C (1525 a 1600 °F) y mantener durante un período dependiendo del espesor de la sección o la carga del horno; enfriar el horno a aproximadamente 15 °C/h (30 °F/h) a 480 °C (900 °F) y luego enfriar al aire.
3. Temple: Enfriado en aceite desde 855 °C (1575 °F) o 845 °C (1550 °F).
4. Revenido: Tiene un ciclo de revenido simple, siendo común la temperatura de 175 °C (350 °F). Para evitar la fragilidad azul, el acero 4140 no suele revenerse entre 230 y 370 °C (450 a 700 °F). La temperatura y el tiempo de revenido dependen de la dureza deseada.

Resumen

En base a sus características y experiencia de uso, a continuación se presenta un resumen de las diferencias entre el acero 4140 y 4340.

El 4140, con su mayor contenido de carbono y manganeso, generalmente ofrece mayor templabilidad y resistencia en comparación con el 4130. Esto lo hace adecuado para aplicaciones que requieren mayor resistencia en secciones más pesadas, siempre que se someta a un tratamiento térmico adecuado. El 4140 presenta mejor templabilidad, pero requiere un proceso de temple más suave para lograr el mismo efecto en piezas con la misma geometría. El 4140 presenta cierta probabilidad de agrietamiento y deformación debido a la excesiva velocidad de enfriamiento durante el proceso de temple. Al templar el 4140, es fundamental controlar estrictamente los parámetros de temple.

Para secciones delgadas, un acero al carbono simple podría ser suficiente, mientras que para secciones más pesadas que requieren temple, se necesitaría el 4140. Sin embargo, seleccionar una aleación más cara como el 4340 (que presenta una templabilidad aún mayor gracias al níquel-cromo-molibdeno) podría ser innecesario si el 4140 es adecuado. Generalmente, los aceros con Cr-Ni-Mo son los más caros, seguidos del Cr-Mo y finalmente del Cr-V.